蝴蝶翅膀上的斑斓色彩.ppt

Directionally Controlled Fluorescence Emission in Butterflies奈微所 碩一 林宏杰蝴蝶翅膀上的斑斕色彩，其實是鱗 粉上排列整齊的次微米結構(光子 晶體)，選擇性反射日光的結果 當光與光子晶體所產生的夾角改變 時，會使光子晶體反射不同頻率的 光這甚至還關係到這群蝴蝶的存 活與否布拉格反射鏡(Bragg Reflector)- 由兩種介電系數不同的材料以ABAB…的方式交替排列組成，每層的厚度 都是操作波長的四分之一，是一種四分之一波長多層系統(quarter-wave -stack multi-layered system)，相當於簡單的一維光子晶體 頻率落在能隙範圍內的電磁波無法穿透它沒有金屬反射鏡的吸收問題 ，又可以透過改變材料的折射率或厚度來調整能隙位置，設計出操作頻 頻範圍不同的反射鏡光子晶體(photonic crystals)–物質的結構因為特殊的週期性排列，所以可以對特定頻率的光作反射在介電 係數呈週期性排列的介電材料中，電磁波經介電函數散射後，某些波段的電磁波強 度會因破壞性干涉而呈指數衰減，無法在系統內傳遞，相當於在頻譜上形成能隙， 於是色散關係也具有帶狀結構，即光子能帶結構(photonic band structures)。

SEM燕尾蝶翅膀光子晶體平板-TEM將蝴蝶翅膀之奈米結構破壞後(浸於特 定液體)，發現無原先的反光特性光子晶體製作-一維: 通常製造一維光子晶體用半導體鍍膜的方式，長出一層層適當厚度 ，與適當折射率的材質例如布拉格反射鏡二維: 利用半導製程顯影與蝕刻的方法來製作一種是把高介電常數的物 質作規則排列，另一種是把空氣柱(低介電質)做在基板上三維: 目前多採用均一粒徑的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或是二氧化矽 奈米顆粒利用自然、離心、抽濾以及真空等方式將奈米顆粒製成模 板，再於模板上添加無機氧烷單體使其進行溶膠凝膠反應，最後利 用鍛燒與萃取等方式將有機模板移除，生成具有光學晶體性質之高 度均ㄧ孔徑之三維光子晶體光蝕刻技術製造具明顯光能隙的三維光子晶體 三維光子晶體小球 在二維或三維的光子晶體中加入或移去一些介電物質，可產生 雜質或缺陷(defect)與半導體的情況類似，光子系統的雜質 態也多半落在能隙內 光子晶體內缺陷-有點狀缺陷的光子晶體 光子晶體中的線狀缺陷 未來發展 -波導元件、分光器、馬氏(Mach-Zehnder)干涉儀 應用-積體光路 。